Разгадан секрет ярко-синих пятен у тропического ската

Тэниура-лимма (Taeniura lymma), или синепятнистый скат-хвостокол, обитающий в тропических водах Индийского и Тихого океанов, примечателен своей окраской с ярко-синими круглыми пятнами оттенка электрик. Международная группа ученых выяснила, какие биологические особенности в коже ската обеспечивают такую расцветку.

Окраска живых организмов разнообразна и выполняет множество важных функций. Это и средство коммуникации с сородичами, и способ отпугнуть хищников или, наоборот, защититься от них с помощью маскировки.

Из прошлых исследований известно, что цвет в живой природе может быть обусловлен либо избирательным «поглощением» света пигментами, либо его «рассеиванием» наноразмерными структурами, а также сочетанием механизмов. При этом пигментные синие цвета в природе крайне редки — большинство естественных синих оттенков имеют структурное происхождение.

Исходя из этого, предполагалось, что синий цвет пятен у скатов Taeniura lymma тоже образован с помощью микроскопических структур. Однако до сих пор ученых ставило в тупик отсутствие в них переливчатости, то есть свойства менять оттенок под разными углами обзора, которое характерно для большинства других структурных цветов. Загадку разрешило новое исследование, вышедшее недавно в журнале Advanced Optical Materials.

Ученые проанализировали визуальные и оптические особенности синих пятен нескольких особей T. lymma, для чего наблюдали за живыми скатами в аквариумной среде и провели посмертное исследование их тканей. Для изучения образцов применили микрокомпьютерную томографию, сканирующую электронную микроскопию, рамановскую спектроскопию, трансмиссионную электронную микроскопию и другие методы.

В результате удалось выяснить, что синий цвет пятен образуют особые клетки кожи, содержащие в цитоплазме наноразмерные пузырьки с крошечными светоотражающими пластинками из нуклеотида гуанина, входящего также в состав ДНК.

Строение кожи ската Taeniura lymma / © Advanced Optical Materials (2024), Venkata A. Surapaneni et al.

Размер этих наноструктур и равномерное расстояние между ними кратны длине волны синего света, поэтому они отражают именно их. В то же время нанокристаллы внутри пузырьков ориентированы в разные стороны и отражают синий свет во всех направлениях. Такое сочетание упорядоченного расположения и беспорядочного отражения обеспечивает неизменность синего цвета пятен у скатов T. lymma, под каким бы углом на них ни смотрели, пояснили исследователи.

Кроме того, анализ тканей показал, что под синими пятнами у скатов — плотный слой пигмента меланина. Поскольку он поглощает излучение, соответствующее всем другим цветам, синие пятна выглядят особенно «яркими».

Исследователи полагают, что такая окраска позволяет скатам лучше маскироваться, помогая сливаться с окружающей водной средой.

Авторы представленной научной работы рассчитывают, что их открытия послужат основой для создания новых, более экологически безопасных методов окрашивания материалов без применения химических красителей. Также они планируют продолжить изучать синюю расцветку у других морских обитателей, в том числе у синих (или голубых) акул.